Nối tiếp phần 1 của ebook Thủy lực (Tập 1): Phần 2 tiếp tục trình bày các nội dung chính sau: Dòng chảy ổn định trong ống có áp, chuyển động không ổn định trong ống có áp, hiện tượng nước va và sự giao động của khối nước trong tháp điều áp, dòng chảy đều không áp trong kênh, dòng chảy không đều trong kênh hở,... Để nắm nội dung mời các bạn cùng tham khảo.
Chương VI Dòng chảy ổn định ống có áp Đ6-1 Những khái niệm đường ống công thức tính toán Ta nghiên cứu dòng chảy ống thỏa mn điều kiện sau đây: dòng chảy ổn định, có áp, chảy rối, chảy Dòng chảy ống dẫn nước thành phố, nhà máy, ống xiphông, ống hút ống đẩy máy bơm v.v thường dòng chảy có điều kiện Khi nghiên cứu dòng chảy ổn định có áp, phương trình chủ yếu mà ta phải dùng tới là: Phương trình Bécnuiy (3-25), Phương trình liên tục (3-9), Phương trình xác định tổn thất cột nước (chủ yếu công thức tính hệ số ma sát Đácxy l, hệ sè Sedi C, hƯ sè tỉn thÊt cơc bé zc) Dòng chảy rối nghiên cứu chủ yếu khu vực sức cản bình phương Tuy nhiên nhiều trường hợp phân biệt hệ số ma sát khu vực sức cản bình phương trước khu vực sức cản bình phương không lớn nên kết nghiên cứu chương áp dụng cho khu trước khu bình phương (xem Đ4-8); trường hợp khác, phải có điều chỉnh Trong tính toán đường ống, ta phân làm ống dài ống ngắn Sự phân loại vào so sánh tổn thất cột nước dọc đường tổn thất cột nước cục bé toµn bé tỉn thÊt cét níc èng dµi đường ống tổn thất cột nước dọc ®êng lµ chđ u, tỉn thÊt cét níc cơc bé vµ cét níc lu tèc so víi tỉn thÊt däc đường nhỏ bỏ qua không tính ống ngắn đường ống tổn thất cột nước cục dòng chảy cột nước lưu tốc ®Ịu cã t¸c dơng quan träng nh tỉn thÊt cét nước dọc đường Như khái niệm ống dài ống ngắn vào kích thước hình học mà phân loại, khái niệm thủy lực vào tình hình tổn thÊt cét níc 225 Ngêi ta quen tÝnh nh sau: tỉn thÊt cơc bé nhá h¬n 5% tỉn thÊt dọc đường, ta coi ống dài, lớn 5% coi đường ống ngắn Thiết kế ống dài, người ta thường kể đến tổn thất cục cách coi 5% tổn thất dọc đường, cộng vào tổn thất dọc đường để tìm tổn thất toàn Đại thể thấy ống dẫn nước thành phố, ống dẫn nước vào nhà máy thủy điện ống dài; ống tháo nước đặt chân đập, ống hút đẩy máy bơm, ống xiphông, ống ngầm qua lòng sông ống ngắn Đối với việc tính toán đường ống, ta sử dụng công thức sau đây: Công thức tính toán ống dài: Đối với èng dµi, tỉn thÊt cét níc coi nh toµn bé tổn thất dọc đường: hw ằ hd = Jl (6-1) đó, J độ dốc thủy lực, l chiều dài dòng chảy ống có áp Ta đ biết lưu tốc trung bình dòng chảy xác định công thức Sedi (4-88): v = C RJ , lưu lượng dòng chảy ống có áp tính theo: Nếu đặt: Q = wv = wC RJ (6-2) K = wC R , (6-3) c«ng thøc (6-2) viết thành: Q=K J (6-4) Đại lượng K gọi đặc tính lưu lượng môđun lưu lượng, biểu thị lưu lượng ống cho trước độ dốc thủy lực đơn vị Từ biểu thức (6-3), ta thấy K đặc trưng ống, phụ thuộc đường kính d hệ số nhám n ống: y πd2 ỉ d ỉ d K = wC R = n ỗố ữứ ỗố ÷ø 0,5 = f(d, n) Do ®ã ngêi ta ®∙ lập sẵn bảng tính K, biết d n (xem phơ lơc 6-1) Tõ (6-4), ta rót ra: J= Q2 K2 Thay trị số J vµo (6-1), ta cã: hd = 226 Q2 K2 l (6-5) Công thức (6-5) công thức dùng tính tổn thất cột nước ống dài Những bảng cho sẵn trị số K thường tính qua trị số C ứng với khu sức cản bình phương, nên công thức (6-5) sử dụng cho khu sức cản bình phương Với khu trước sức cản bình phương, cần phải ®iỊu chØnh, ngêi ta ®a vµo hƯ sè ®iỊu chØnh q1 môđun lưu lượng: K = q1 Kbp (6-6) Kbp môđun lưu lượng ứng với khu bình phương sức cản Từ (6-4), ta suy ra: Q = K J = q1Kbp J , ®ã tự (6-5) ta viết được: hd = Q2 l= K2 Q2 θ12 K b.p l = θ2 Q2 K b.p l (6-7) ®ã: q2 = 12 (6-8) Hệ số điều chỉnh q1 q2 xác định theo công thức gần N Z Phơrenken đề (năm 1951): Mử ổ = ç + ÷ v ø è θ1 = M 1+ v 2ỹ ù ùù ý ù ù ùỵ (6-9) M số loại ống hệ số nhớt Theo thí nghiệm F A Sêvêlép, trị số M xác định gần sau (với v mm/s): M = 40 ®èi víi èng thÐp, M = 95 ®èi víi ống gang, M = 30 ống thường Những trị số q1 q2 = 12 tra bảng 6-1 Trong trường hợp tính toán sơ bộ, người ta thường coi dòng chảy khu bình phương sức cản, tức dùng q1 = q2 = 227 Thí dụ: Xác định lưu lượng qua mét èng “thêng” dµi l = 1000 m; cã ®êng kÝnh d = 200 mm, biÕt r»ng ®é chªnh cột nước hai đầu ống H = m §é dèc thđy lùc J: J= H = = 0,005 l 1000 Víi ®êng kÝnh èng d = 200 mm, tra phụ lục 6-1 trị số môđun lưu lượng K cho khu vực bình phương sức cản là: Kbp = 341,10 l/s Do lưu lượng Qbp khu bình phương sức cản tính theo (6-4) là: Qbp = Kbp J = 341,10 0,005 = 24,12 l/s Lu tốc trung bình ống là: v= Q 23, dm3 / s = = 0,77 m/s ω 3,141dm2 Tra bảng 6-1, ta thấy hệ số sửa chữa q1 = 0,96 Q = K J = q1 Kbp J = q1 Bbp = 0,96 ´ 24,12 = 23,16 l/s Vậy: Bảng 6-1 Loại ống thường gang thép HÖ sè Lu tèc, m/s 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,5 3,0 q1 0,92 0,94 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99 1 1 1 q2 1,19 1,14 1,11 1,08 1,06 1,03 1,01 1 1 1 q1 0,81 0,84 0,86 0,87 0,89 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95 0,96 0,98 0,99 q2 1,51 1,42 1,36 1,32 1,28 1,22 1,18 1,15 1,12 1,10 1,08 1,05 1,03 q1 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95 0,95 0,96 0,97 0,97 0,98 0,98 0,99 0,99 q2 1,22 1,18 1,16 1,14 1,12 1,10 1,08 1,07 1,06 1,05 1,04 1,03 1,02 Xác định cột nước cần thiết để lưu lượng Q = 50 l/s qua ống nói thí dụ Lưu tốc ống là: v= 228 Q 50 dm3 / s = = 1,6 m/s ω 3,14 dm Tra ë b¶ng 6-1 ta thấy hệ số sửa chữa q1 = 1, tức dòng chảy khu bình phương sức cản Vậy từ (6-7), ta cã: H= 502 341,12 1000 = 21,5 m Công thức tính toán ống ngắn: Đối với ống ngắn, tổn thất cột nước bao gồm tổn thất dọc đường tổn thất cục Trong trường hợp tổn thất cột nước dọc đường nên biểu thị qua cột nước lưu tốc công thức §¸cxy (4-85): hd = l l v2 , d 2g hệ số ma sát l chọn đ trình bày Đ4-8, tổn thất cột nước cục biểu thị công thức Vécsbátsơ (4-120): hc = z c v2 2g Đ6-2 Tính toán thủy lực ống dài a) Đường ống đơn giản: Đường ống đơn giản đường ống có đường kính không đổi, ống nhánh, lưu lượng dọc đường ống không đổi Đường ống đơn giản trường hợp ống dài, đường ống phức tạp coi tổ hợp nhiều ống dài đơn giản Dòng chảy đường ống đơn giản chia làm hai trường hợp bản: dòng chảy khí trời dòng chảy từ ống vào bể chứa khác Dòng chảy khí trời (hình 6-1) Ta viết phương trình Bécnuiy cho hai mặt cắt 1-1 2-2: z1 + p a α1v 20 p α v2 + = z2 + a + 2 + h d γ 2g γ 2g Đặt H = z1 z2, coi H ằ hd , α1v 20 α v2 » vµ 2